第三章材料的组成和结构

BBBB
BBB
Graft
3. 大分子链的构象 Conformation—Molecular Shape
(1) 大分子链的柔性 Flexibility (2) σ键的内旋转与大分子链的构象 rotation of single chain bonds
(3) 构象与链结构 主链结构 取代基 交联
旋转位垒
element
Si P S As Se
部分元素在周期表中的位置和成链能力
ⅢA 2s 1p 5 1 B ～5 13 Al 1 31 Ga 1 49 In 1 81 Tl 1 ⅣA 2s 2p 6 C 14 Si 32 Ge 50 Sn 82 Pb ⅤA 2s 3p 7 N ∞? 15 P >4 33 As 5 51 Sb 3 83 Bi ?
3-4-2 高分子链的组成和结构 Polymer Chain 1． 大分子链的组成 Composition
①组成元素： B C N O 有机 无机 元素有机 金属/有机
ⅥA 2s 4p 8 O ∞? 16 S 30000 34 Se ? 52 Te ? 84 Po ? ⅦA 2s 5p 9 F 17 Cl 35 Br 53 I 85 At
② 结晶链的构象 Conformation Ⅰ.平面锯齿形构象 Zigzag arrangement PE、PVC PET、PA（氢键）
Ⅱ.螺旋形构象 Screwy
蛋白质 （氢键分子内）
Hydrogen
Bonding In Molecule Twisted chain
Ⅲ 滑移面对称型构象 Slip plane 平移镜面操作 Ⅳ伸直链构象 Straight chain
高分子化合物 聚乙烯 聚异丁烯 聚异戊二烯 聚苯乙烯
内聚能密度（J/cm3） 259 272 280 309
聚甲基丙烯酸甲酯
聚乙酸乙烯酯 聚氯乙烯 聚对苯二甲酸乙二酯 聚酰胺-66 聚丙烯腈
347
368 380 477 773 991
2. 高分子链的聚集态结构Aggregational Structures
∞
2
45
6 5 2
2
2 2 2
②大分子链的类型 Types
碳链高分子 杂链高分子 芳杂环高分子 元素有机高分子
无机高分子
梯形和双螺旋高分子
2. 结构单元及键接方式 Repeating Mer Unit and Bonding Model
(1) 大分子链的形成方式及键接形式 形成方式----加聚、缩聚 键合形式----共价键（方向性、饱和性） (2) 结构单元的键接方式（几何构型 Geometric Configuration） （链节） 取代基的位置 ： Head-Head
3-4高分子材料的组成和结构 Composition and Structure of Polymeric Materials 3-4-1高分子材料组成和结构的基本特征 Typical Feature
1921年Staudinger 提出高分子的概念 ① 分子量大，分子量分布 104---107， Mn, Mw, ② 高分子链多种形态 ③ 分子链间力：范氏力为主，部分化学键 分子内共价键 ④ 结构的多层次性
邻非键合原子数 键角 键长
(4) 构象变化与分子链热运动
Fra Baidu bibliotek
4. 分子量和分子量分布
3-4-3高分子链的聚集态结构 Aggregational Structures 1. 链间相互作用 Interaction of Chains
范氏力 为主 氢键 化学键 内聚能密度（集约效应）： 单位体积的内聚能 内聚能：1摩尔分子聚集在 一起的总能量， 或1摩尔液体蒸发， 或1摩尔固体气化 的总能量
（1）非晶态结构（长程无序）Amorphous,
entanglement 无规线团堆砌，缠绕—无定形，线性 Linear 无规线团堆砌，缠绕—化学交联，网状 Network 结构模型：Structural models 无规线团模型 折叠链缨状胶束粒子模型
（2）晶态结构（长程有序）Crystalline Structure
① 晶胞Unit Cell ：由一个或若干个高分子链的链段构成 非立方晶系 non-cubic Chain segment
晶胞结构和参数，取决于化学结构、构象、结晶条件
Repeating unit Lattice numbers parameters
Screwy Crystal conformation system
Tail—Tail
Head--Tail
(3) 空间的构型 Spacial Configeration Stereoisomers 存在不对称碳原子 -(-CH2-C*HR-)全同立构 isotactic configuration 间同立构 syndiotactic 无规立构 atactic (4) 支化和交联结构 Branched and Crosslinked (5) 共聚物的结构： Copolymer 无规 ~ABBAABAB~ Random 交替 ~ABABAB~ Alternating 嵌段 ~AAAAAAAABBBBBBB~ Block 接枝 ~AAAAAAAAAAAA~
3-4 高分子材料的组成和结构 Composition and Structure of Polymeric Materials
Composition and Structure of Polymeric Materials What is different ? compared with metallic materials and Inorganic-nonmetalic Materials Polymer Chain elements Types, Bonding Model Conformation Aggregational Structures Packing Amorphous Crystalline morphology Orientational polymeric materials Artificial , Synthetic Natural Polymer Blends Morphology